羅娟?臧國(guó)軍?高莉

摘要：原油的輸送管道是油田生產(chǎn)的生命之路，一旦管道發(fā)生穿孔，將會(huì)造成大量的原油或天然氣的泄漏，不僅造成能源的浪費(fèi)，同時(shí)也會(huì)給周圍環(huán)境造成嚴(yán)重污染。對(duì)集群化管道進(jìn)行泄漏監(jiān)測(cè)，能夠快速定位管道的泄漏區(qū)域，及時(shí)處理突發(fā)的管道泄漏問(wèn)題，使石油企業(yè)的損失降到最低，降低由于泄漏對(duì)環(huán)境造成的危害。

關(guān)鍵詞：集群化輸油管道；泄漏監(jiān)測(cè)；技術(shù)應(yīng)用

一、國(guó)內(nèi)集群化油氣管道泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)集群化管道泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展是近幾十年內(nèi)發(fā)展起來(lái)的，20世紀(jì)80年代，我國(guó)石油企業(yè)的專家結(jié)合國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)對(duì)我國(guó)輸油管道的內(nèi)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了研究和探討，并結(jié)合我國(guó)石油企業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀提出了適合我國(guó)石油開發(fā)特點(diǎn)的集群化管道泄漏檢測(cè)技術(shù)要點(diǎn)，取得了初步的成果，但沒(méi)有應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中。直至20世紀(jì)90年代開始我國(guó)才引進(jìn)了漏磁檢測(cè)的設(shè)備，這才標(biāo)志著我國(guó)的管道泄漏檢測(cè)技術(shù)開始正式的研究和應(yīng)用，經(jīng)過(guò)20多年的研究和應(yīng)用我國(guó)的漏磁檢測(cè)技術(shù)取得了飛速的發(fā)展，從引進(jìn)國(guó)外設(shè)備到自主研發(fā)更高精度的漏磁檢測(cè)儀器，我國(guó)的軸向漏磁檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了國(guó)外先進(jìn)水平，但是超聲波檢測(cè)技術(shù)則處于起步階段，未來(lái)的研究和發(fā)展有很大的空間[1]。

二、石油管道泄漏檢測(cè)技術(shù)的分類研究

（一）石油管道泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，高新技術(shù)和高精尖的儀器設(shè)備的應(yīng)用大大提高了石油生產(chǎn)以及經(jīng)營(yíng)管理的自動(dòng)化程度，集群化石油管道泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究和應(yīng)用越來(lái)越成熟。集群化管道泄漏檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.準(zhǔn)確性。輸油管道一旦發(fā)生泄漏，管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠快速準(zhǔn)確地找到泄漏的位置，并對(duì)該位置進(jìn)行定位報(bào)警，提醒工作人員快速的處理。同時(shí)，泄漏檢測(cè)系統(tǒng)還會(huì)結(jié)合管道輸油的運(yùn)行狀況，給出正確的報(bào)警信息，降低檢修人員的無(wú)用功。

2.靈敏性。管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的識(shí)別精度比較大，一些細(xì)微的泄漏都會(huì)監(jiān)測(cè)到，提醒工作人員對(duì)此處的管道進(jìn)行密切的監(jiān)督，降低更大事故的發(fā)生。

3.實(shí)時(shí)性。管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)地對(duì)工況下的運(yùn)輸管道進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)于管道運(yùn)輸過(guò)程中的各種參數(shù)的變化能進(jìn)行收集和匯總，將動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)于存在異常的狀況進(jìn)行報(bào)警，提醒工作人員對(duì)此數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)注。

（二）石油管道泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)的分類

石油管道泄漏自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。西方發(fā)達(dá)國(guó)家石油工業(yè)化發(fā)展比較早，對(duì)于管道泄漏監(jiān)測(cè)要求比較高。我國(guó)的石油工業(yè)起步較晚，但發(fā)展迅速，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)管道泄漏監(jiān)測(cè)也是非常重視的。石油管道泄漏自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)不僅可以提高能源的利用率，降低對(duì)環(huán)境的危害，同時(shí)提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，降低能源的浪費(fèi)。石油企業(yè)管道泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)，大致可以分為三類：生物法、設(shè)備法和綜合法。

1.生物方法

生物法，顧名思義就是利用人或是經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的動(dòng)物對(duì)管道泄漏狀況進(jìn)行的判斷和分析的方法。這種技術(shù)方法是最傳統(tǒng)的泄漏檢測(cè)方法，這種方法是最直接、最準(zhǔn)確的方式，但是由于需要消耗大量的人力，實(shí)效性比較差。由于需要人或是經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的動(dòng)物對(duì)管道釋放的氣體或是發(fā)出的聲音進(jìn)行判斷，同時(shí)對(duì)管道附屬設(shè)備進(jìn)行人工檢查，不能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)管道泄漏。往往是管道已經(jīng)泄漏了，才能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。起不到預(yù)防的作用，一旦發(fā)生泄漏，石油企業(yè)的損失比較大。

2.硬件方法

硬件法主要是利用管道監(jiān)測(cè)設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)管道運(yùn)行狀況的監(jiān)測(cè)，通過(guò)在運(yùn)輸管道上加裝直觀的檢測(cè)儀表和儀器來(lái)完成的。如壓力傳感器、氣體檢測(cè)儀表以及溫度傳感器等，能夠直接或是間接檢測(cè)運(yùn)行的輸油管道的實(shí)際運(yùn)行狀況。如圖1，在輸油管道上安裝監(jiān)測(cè)儀表，定期對(duì)管道的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)地檢查和校核。聲學(xué)檢測(cè)器被廣泛應(yīng)用在監(jiān)測(cè)輸油管道的實(shí)際運(yùn)行狀況，通過(guò)聲波模擬管道內(nèi)流體的流動(dòng)狀態(tài)來(lái)反應(yīng)管道的運(yùn)行狀況，聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)主要是識(shí)別運(yùn)行過(guò)程中的管道發(fā)出的聲音，來(lái)判斷是否存在泄漏狀況，最終對(duì)泄漏點(diǎn)進(jìn)行定位。如圖2，輸油管道的運(yùn)行狀況，對(duì)于出現(xiàn)異常的地點(diǎn)進(jìn)行明確的定位。這種檢測(cè)技術(shù)需要耗費(fèi)大量的人力物力，需要人員持續(xù)的工作，工作強(qiáng)度比較大，對(duì)于工作人員的專業(yè)性和工作敬業(yè)精神要求比較高。

3.軟件方法

軟件法主要是根據(jù)SCADA系統(tǒng)將管道采集到的流量和壓力以及溫度和流速等數(shù)據(jù)，進(jìn)行系統(tǒng)化的分析，與模擬的數(shù)據(jù)對(duì)比，找出差異點(diǎn)，進(jìn)而分析輸油管道的整體運(yùn)行狀況，來(lái)辨別管道內(nèi)是否發(fā)生泄漏。西方國(guó)家對(duì)管道運(yùn)輸?shù)陌踩浅Ｖ匾?，在輸油管道的安全運(yùn)輸上投入很大，系統(tǒng)的研究和應(yīng)用了管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)?，F(xiàn)階段應(yīng)用最廣泛的SCADA技術(shù)就是通過(guò)測(cè)定管道進(jìn)出口的壓力和流量的變化進(jìn)行整體分析，來(lái)確定管道是否發(fā)生泄漏。這種具有數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)收集以及匯總整理并進(jìn)行分析的系統(tǒng)還可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像顯示。該系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)精度比較高，一旦環(huán)境中的泄漏量達(dá)到1.6kg/s及以上，會(huì)立刻激發(fā)報(bào)警模式，提醒工作人員迅速去檢修，防止損失的進(jìn)一步擴(kuò)大。

4.負(fù)壓波法

負(fù)壓波是指管道泄漏時(shí)所產(chǎn)生的一種負(fù)壓波動(dòng)。一旦運(yùn)輸?shù)墓艿腊l(fā)生泄漏，管道進(jìn)出口兩側(cè)的壓力會(huì)出現(xiàn)差值，同時(shí)由于泄漏位置的壓力下降，管道內(nèi)會(huì)形成一種類似聲波的現(xiàn)象，俗稱負(fù)壓波。負(fù)壓波的傳播速度與管道內(nèi)的輸送液體物理性質(zhì)有關(guān)，液體的密度和彈性以及管材的摩擦力都會(huì)影響負(fù)壓波的傳播速度。實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)站內(nèi)操作來(lái)檢驗(yàn)調(diào)整理論計(jì)算的壓力波速度。利用負(fù)壓波原理對(duì)輸油管道的泄漏進(jìn)行監(jiān)測(cè)，是近年來(lái)隨著科技的進(jìn)步逐漸衍生出來(lái)的，能夠很好地發(fā)揮高新技術(shù)的作用，各種監(jiān)測(cè)儀表的廣泛應(yīng)用，使得監(jiān)測(cè)系統(tǒng)近兩年才真正取得突破，在生產(chǎn)中發(fā)揮舉足輕重的作用。

三、集群化管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的介紹和應(yīng)用

集群化管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是以管道結(jié)構(gòu)為主要監(jiān)控主體，應(yīng)用現(xiàn)代化的精密儀器儀表，以及信息網(wǎng)絡(luò)分析處理技術(shù)、全球定位技術(shù)以及輸油管道的各項(xiàng)物理參數(shù)等，建立的綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)，對(duì)集群化管道以及輸油站進(jìn)行管道運(yùn)輸狀況的監(jiān)測(cè)和記錄，不僅能對(duì)集群化管道的運(yùn)行狀況進(jìn)行詳細(xì)的記錄，同時(shí)也對(duì)出現(xiàn)異常的狀況進(jìn)行報(bào)警和反饋，明確問(wèn)題或是故障發(fā)生的具體位置，幫助工作人員迅速找到事故的發(fā)生位置，提高搶修效率。

各子系統(tǒng)將采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，并根據(jù)各子系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的對(duì)象設(shè)置閾值，一旦有異常報(bào)警信息出現(xiàn)，將會(huì)定位出異常腐蝕受力的管線，并直接出現(xiàn)在GIS地圖中，方便進(jìn)行在線和離線的直接評(píng)估。

（一）管集群化道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的介紹

集群化輸油管道泄漏監(jiān)測(cè)報(bào)警定位系統(tǒng)以負(fù)壓波法為基本方法，將管道進(jìn)行數(shù)字化模擬，結(jié)合實(shí)際的壓力、溫度以及傳送速度等參數(shù)，對(duì)出現(xiàn)異常的位置進(jìn)行報(bào)警和定位。不僅如此，還要根據(jù)輸油管道實(shí)際的運(yùn)行狀況來(lái)對(duì)報(bào)警和定位進(jìn)行系統(tǒng)的劃分，設(shè)定優(yōu)先級(jí)別，這樣在人群聚集區(qū)域內(nèi)能夠快遞識(shí)別和報(bào)警，迅速處理泄漏。在人煙稀少的地區(qū)，明確泄漏點(diǎn)，降低人員的損耗，快速找到泄漏位置，并通過(guò)分析泄漏的實(shí)際狀況采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。

（二）輸油管道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成

輸油管道泄漏監(jiān)測(cè)報(bào)警定位系統(tǒng)主要有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)三大部分組成。

1.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

在輸油站以及集油站末端安裝采集系統(tǒng)，分別對(duì)管道前后的壓力、流量以及溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和收集。并將各處收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮整合，再由通信系統(tǒng)發(fā)送到終端處理器上，進(jìn)行數(shù)據(jù)的整合和分析處理。在對(duì)管道內(nèi)的石油運(yùn)輸狀況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，要保證其準(zhǔn)確性和高效性，這就需要進(jìn)出口站的壓力、流量以及溫度等測(cè)量?jī)x表的準(zhǔn)確和穩(wěn)定有很高的要求。同時(shí)還要保證進(jìn)出口站數(shù)據(jù)的同步性，可采用物理定位的方式進(jìn)行標(biāo)記，定期對(duì)儀表進(jìn)行校對(duì)。

2.數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

集群化管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的血液部分，起到了數(shù)據(jù)的整合和傳輸以及預(yù)處理的作用。集群化管道的泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是根據(jù)計(jì)算機(jī)的編程技術(shù)在以管道的實(shí)際運(yùn)行為主要平臺(tái)，結(jié)合上下游的壓力和溫度的信號(hào)采集的數(shù)據(jù)，結(jié)合MATLAB網(wǎng)絡(luò)平面，自主編程，實(shí)現(xiàn)基于圖像處理的基本算法，并精確判斷運(yùn)行數(shù)據(jù)中的壓力變化，進(jìn)而確定泄漏的位置和區(qū)域，并能理論計(jì)算出泄漏量的大小，進(jìn)而進(jìn)行報(bào)警。

采用MATLAB自帶的DB6小波，實(shí)現(xiàn)小波變換濾波，濾除噪聲信號(hào)，保障壓力數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，為后期泄漏監(jiān)測(cè)算法提供可用數(shù)據(jù)。為快速檢測(cè)和準(zhǔn)確定位壓力曲線上的負(fù)壓波，提出一種基于圖像處理的算法。該方法將壓力數(shù)值轉(zhuǎn)化為圖像灰度值，將壓力曲線上的負(fù)壓波起始點(diǎn)定位等價(jià)為圖像的邊緣檢測(cè)[3]。當(dāng)發(fā)生泄漏事故時(shí)，管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的差值分析通過(guò)驅(qū)動(dòng)電腦聲卡，發(fā)出報(bào)警聲音，提醒值班員工，以便在第一時(shí)間將問(wèn)題解決。

3.終端分析處理系統(tǒng)

終端分析系統(tǒng)主要是對(duì)接收到的起始站的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，明確運(yùn)輸管道出現(xiàn)的泄漏時(shí)間，并通過(guò)計(jì)算確定好泄漏的位置和泄漏量，并在得到數(shù)據(jù)異常后發(fā)出聲光扥報(bào)警提示。終端系統(tǒng)界面顯示起始站的溫度、壓力和溫度以及流量的狀況，通過(guò)實(shí)時(shí)變化曲線等體現(xiàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，人工智能仿真模擬技術(shù)以及數(shù)字化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，集群化管道的泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的精度越來(lái)越高，準(zhǔn)確性和實(shí)效性大大降低了集群化管道的泄漏和進(jìn)一步惡化的風(fēng)險(xiǎn)，能夠及時(shí)止損。集群化管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)揮了巨大的作用，隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，將基于硬件的方法和基于軟件的方法更有效地結(jié)合互補(bǔ)仍是研究的熱點(diǎn)和趨勢(shì)。石油集群化管道的泄漏檢測(cè)技術(shù)未來(lái)發(fā)展的路還很長(zhǎng)，需要石油工業(yè)人員的工通過(guò)努力來(lái)實(shí)現(xiàn)。降低輸油管道的泄漏風(fēng)險(xiǎn)，更好地為企業(yè)和人們的美好生活服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

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作者單位：中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司